FAQ

Die Messungen erfolgen im Rahmen der integrierten geologischen Landesaufnahme des GD NRW. Sie sollen das Verständnis über den geologischen Aufbau des tiefen und mitteltiefen Untergrundes in Nordrhein-Westfalen erweitern. Die Pilotregion dabei war 2021 das Münsterland. Im Herbst 2022 folgte die 2D-Seismik-Kampagne im Rheinland. 2023 finden die Messungen in der Region Niederrhein statt. Zudem wurden auf 4 kurzen Messtrecken in 3 Regionen NRWs Messungen mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt, um diese zu optimieren.

Am 20.3.2019 hat der Landtag von Nordrhein-Westfalen fraktionsübergreifend beschlossen, dass das Land seine Wärmepotenziale auch im Bereich der tiefen Geothermie nutzen möchte, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Dafür ist es notwendig, den tiefen Untergrund zu erkunden und so geeignete geologische Strukturen zu finden. Da es sich um Grundlagenforschung handelt, hat das Land NRW den Geologischen Dienst NRW mit den Messungen beauftragt.

Der GD NRW ist eine Landeseinrichtung des Landes Nordrhein-Westfalen. Seit mehr als 60 Jahren erhebt er geowissenschaftliche Informationen im gesamten Bundesland, bereitet sie auf und stellt sie der Öffentlichkeit zur Verfügung. Es sind Basisinformationen zur Sicherung eines gesunden Lebensraums, für dessen nachhaltige Entwicklung sich der GD NRW einsetzt. Auf dieser Grundlage bietet er ein umfassendes Beratungsangebot zu den Themenfeldern Geologie, Boden, Gesteinsrohstoffe, Grundwasser, geophysikalische und geotechnische Untergrundeigenschaften, oberflächennahe und tiefe Geothermie sowie die Endlagersuche. Der GD NRW ermittelt Daten zur Risikovorsorge bei Gefahren, die vom Untergrund ausgehen können, und betreibt das landesweite Erdbebenalarmsystem. Seine Erkenntnisse dienen als neutrale Informationsgrundlage für Bürger:innen, Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Industrie – digital oder analog durch Geo-Informationssysteme, Karten, Daten und Schriften. Viele dieser Informationen sind über Onlinedienste und Datenportale frei zugänglich.

Die Ergebnisse der 2D-seismischen Untersuchungen stehen der Allgemeinheit, beispielsweise Kommunen und Energieversorgungsunternehmen, nach Abschluss der Arbeiten über ein Online-Portal zur Verfügung. Werden bei den 2D-seismischen Messungen geeignete geologische Formationen und Wasserwegsamkeiten für die Nutzung der tiefen Geothermie im Untergrund erkannt, können die Kommunen, wenn sie es wünschen, auf den Ergebnissen aufbauen. Dies spart ihnen teure eigene Untersuchungen und sie können direkt an besonders vielversprechenden Standorten weiterarbeiten. Für weitere Untersuchungen (z. B. 3D-Seismik) steht der GD NRW gerne als Partner bereit.

Die 2D-seismischen Messungen am Niederrhein beginnen voraussichtlich am 14. November 2023 und werden etwa 3 Wochen dauern.

Drei Messlinien mit insgesamt ca. 75 Kilometern Länge sind geplant. Eine 50 Kilometer lange Linie beginnt westlich von Goch und verläuft dann über Weeze, Kevelaer, Geldern, Straelen, Wachtendonk und Grefath bis nach Viersen. Hierbei werden die Städte nicht direkt durchquert, sondern nur randlich gestreift. Zwei kürzere Linien kreuzen die Strecke: Die nördliche führt von Goch nach Uedem, die südliche verläuft von Straelen nach Geldern.

1.735 Messpunkte haben die Vibro-Trucks zwischen dem Start am 6. Oktober 2022 in Schwalmtal und dem Abschluss der Messungen am 22.Oktober 2022 im Zentrum Duisburgs abgearbeitet. An 6.948 Stationen haben hochsensible Messinstrumente – sogenannte Geophone – die Reflexionen der in die Tiefe geschickten Schallwellen empfangen. 69,45 Kilometer betrug die Gesamtlänge der drei Messlinien in der Region zwischen Viersen, Krefeld, Düsseldorf und Duisburg.

Insgesamt wurde auf 3 Messlinien gemessen. „Rheinland 1“ reichte von Schwalmtal über Viersen, Tönisvorst und Krefeld bis zum Elfrather See. Diese Messstrecke war rund 30 Kilometer lang und verlief durch die Tiefbohrungen Schwalmtal 1001 und Viersen 1001. Dies ist wichtig, um bereits vorhandene geologische Kenntnisse mit den neuen Untersuchungen in einen Kontext zu bringen. Geolog:innen nennen dies: die Seismiklinie in die Bohrung einhängen.

Die beiden anderen Messlinien waren zwischen den Metropolen Düsseldorf und Duisburg angesiedelt. „Rheinland 2“ kreuzte die Linie „Rheinland 1“ in Traar, verlief durch Elfrath, Uerdingen, rechtsrheinisch vorbei an Mündelheim, Wittlaer und Angermund, bis sie nordöstlich des Düsseldorfer Flughafens endete. „Rheinland 3“ führte von der Messe Düsseldorf nach Norden bis ins Duisburger Zentrum. Diese beiden Linien umfassten jeweils etwa 20 Kilometer.

Vom 11. November bis zum 6. Dezember haben die Vibro-Trucks auf zwei sich in der Stadt Münster kreuzenden Messlinien den Untergrund im zentralen Münsterland erkundet. Insgesamt waren die Messlinien 73,5 Kilometer lang. Am 11. November 2021 begannen die Messungen im Kasewinkel (nordwestlich von Münster). Von dort aus sind sie über Straßen und Wege ein Mal quer durchs Münsteraner Stadtgebiet bis zur A1 bei Mecklenbeck gefahren. Von Mecklenbeck wurden die Vibro-Trucks zur zweiten Messlinie nördlich von Gievenbeck gebracht, von wo aus sie sich nochmals quer durch Münster und schließlich bis Sendenhorst vibrierten. Anschließend folgten die Messabschnitte, die sich im Landkreis Coesfeld befinden: von Mecklenbeck bis Senden und von Gievenbeck an Havixbeck und Billerbeck vorbei bis nach Rosendahl, wo die Messungen in den frühen Morgenstunden des 6. Dezember 2021 endeten. Die aktuelle Nacht-Messstrecke wurde im Vorfeld bis zum Mittag des jeweiligen Tages auf der Webseite, in den Sozialen Medien sowie im Newsletter bekanntgegeben.

Nach sorgfältiger Abwägung hatte sich der GD NRW in Absprache mit der Stadt Münster und der Firma DMT für eine Durchführung der Messungen in der Nacht entschieden. Tagsüber hätte der Konvoi aus fünf Vibro-Trucks mitsamt Begleitfahrzeugen und Personal zu erheblichen Behinderungen und eventuell auch Gefährdungssituationen für Radfahrer:innen, ÖPNV, Lieferant:innen und Berufsverkehr geführt.

Der GD NRW und die ausführende Firma DMT waren in enger Abstimmung mit den Kommunen vor Ort, um die Messungen so zu gestalten, dass alle örtlichen Gegebenheiten in Betracht gezogen wurden.

Auf der ersten Messlinie von Schwalmtal nach Krefeld-Traar und auf der zweiten Linie bis Düsseldorf-Wittlaer konnten die Messungen tagsüber stattfinden. Von dort bis zum Düsseldorfer Flughafen wechselte der Messtrupp in den Nachtmodus. Auch auf der dritten Linie von der Messe Düsseldorf bis ins Stadtzentrum von Duisburg wurde nachts gemessen.

Ein Grund dafür war die Nähe zum Düsseldorfer Flughafen, denn die Geräuschentwicklung startender und landender Flugzeuge hätte die empfindlichen Geophone gestört. Im Bereich der Messe Düsseldorf und im Duisburger Zentrum hätte dagegen der sehr langsam fahrende Konvoi aus drei Vibro-Trucks plus Begleitfahrzeugen und Personal zu erheblichen Beeinträchtigungen im Verkehr, einschließlich des ÖPNVs sowie bei Messebesucher:innen geführt.

Seismische Messungen funktionieren nach demselben Prinzip der Ausbreitung und Reflexion von Schallwellen, wie es in der Natur sehr häufig vorkommt. Dabei bewegen sich Vibrationsfahrzeuge entlang von Messlinien, halten an zuvor festgelegten Messpunkten an und schicken dort über eine hydraulisch absenkbare Rüttelplatte, die sich unterhalb des Fahrzeugs befindet, leichte Schwingungen (Schallwellen) in den Untergrund. Diese Vibrationen werden an den Grenzschichten verschiedener Gesteine reflektiert und von speziellen Mikrophonen (sog. Geophonen) aufgezeichnet. Die Auswertung der aufgezeichneten Daten ergibt ein zweidimensionales Bild des Untergrundes.

Die Vibrationsfahrzeuge halten in regelmäßigen Meter an und senden für 1 bis 3 Minuten Schallwellen in den Untergrund. Im Münsterland fuhren dabei 5 Messfahrzeuge im Konvoi. Im Rheinland waren nur 3 Vibro-Trucks im Einsatz, die zudem etwas kleiner waren. Auch am Niederrhein und bei den 2D-Pilotseismiken werden die kleineren Vibro-Trucks verwendet.

Die Abstände zwischen den Geophonen und den Vibrationspunkten sowie die Dauer und Intensität der in den Untergrund geschickten Vibrationen hängen von der Beschaffenheit des Untergrundes ab. Um für unterschiedliche Strukturen die geeigneten Parameter zu finden, wurden die 2D-Pilotseismiken im Herbst 2023 durchgeführt.

Aufgrund dieser Erkenntnisse werden die Geophone am Niederrhein in Abständen von 5 Metern verlegt. Die Vibro-Trucks halten alle 20 Meter an und vibrieren dort 2 bis 4 Mal für jeweils 12 Sekunden.

Die Frequenz ist ein Maß für die aufeinander folgenden Wiederholungen eines periodischen Vorgangs, z. B. einer fortdauernden Schwingung. Bei den seismischen Messungen werden Frequenzen von etwa 12 Hertz (Hz) bis 120 Hz verwendet. Die Frequenzangabe in Hz (1/s) sagt aus, wie viele Schwingungen pro Sekunde stattfinden.

Die durch die Vibrationen erzeugten Schwingungen sind in unmittelbarer Nähe der Fahrzeuge zu spüren. Die Schwingungen äußern sich durch ein spürbares Kribbeln in den Fußsohlen. Auch in Gebäuden, die direkt an der Messstrecke stehen, können noch Vibrationen wahrnehmbar sein. Zusätzliche begleitende Messungen der Bodenschwingungen stellen sicher, dass die DIN 4150 (Erschütterungen im Bauwesen und Einwirken auf bauliche Anlagen) eingehalten wird und daher keine Gebäudeschäden zu erwarten sind. Bei kritischen Schwellenwerten wird die Intensität der Vibrationen sofort reduziert.

Obwohl die Fahrzeuge schallisoliert sind und den Richtlinien entsprechen, sind sie laut. Gerade in dichtbesiedelten Gebieten, wo die Vibro-Trucks mit reduzierter Intensität dafür aber länger an einer Stelle vibrieren, kann es zu deutlichen Lärmbelästigungen von 1 bis 2 Stunden Dauer kommen. Der GD NRW dankt den Anwohner:innen an den schon absolvierten Messstrecken für ihr Verständnis. Für künftige Messungen hoffen wir auf eine ebenso interessierte und verständnisvolle Öffentlichkeit.

Diese Methode der seismischen Messungen wurde eigens entwickelt, um minimalinvasiv, d. h. ohne Eingriffe von der Erdoberfläche aus, Erkenntnisse über die Strukturen in der Tiefe zu gewinnen. Abgesehen von kurzzeitigen Lärmbelästigungen sind keine Beeinträchtigungen für Mensch und Natur zu erwarten.

Durch den mit 3 bis 5 Fahrzeugen im Konvoi fahrenden Messtrupp kommt es zu kurzzeitigen Verkehrsbehinderungen, wie Straßensperrungen und Staus. Die aktuell betroffenen Gebiete und Straßen werden auf der Webseite täglich angekündigt und aktualisiert. Jeder Messtrupp wird von Personal für die Verkehrslenkung und Straßensicherheit begleitet.

Begleitend werden zusätzlich die Bodenschwingungen gemessen, um sicherzustellen, dass die DIN 4150 (Erschütterungen im Bauwesen und Einwirken auf bauliche Anlagen) eingehalten wird und daher keine Gebäudeschäden zu erwarten sind.

Nein, Methan kann durch seismische Messungen nicht mobilisiert werden.

Nein, eine Hebung des Untergrundes während der Seismik-Kampagne ist ausgeschlossen. Befürchtungen, dass es zu Hebungen kommen könnte, liegen die Erfahrungen im badischen Staufen zugrunde. Dort war bei Bohrungen für Erdwärmesonden (oberflächennahe Geothermie) eine Anhydritschicht angebohrt worden. Durch eine nicht fachgerecht ausgeführte Abdichtung konnte Wasser in den Anhydrit eindringen, sodass dieser aufgequollen ist. Die Folge waren massive Hebungen, die zu Gebäudeschäden mit großen Rissen führten.

Bei seismischen Messungen werden keine Bohrungen vorgenommen. Die Untersuchungen erfolgen ausschließlich von der Oberfläche aus. Doch auch wenn die Ergebnisse der Untersuchungen auf ein geothermisches Potenzial hinweisen sollten und die jeweiligen Kommunen sich dazu entschließen, dieses mit geothermischen Bohrungen zu nutzen, besteht keine Gefahr, da es weder im Untergrund von Münster noch im Rheinland Anhydrit oder ähnlich quellfähige Gesteinsarten gibt. Somit ist eine Hebung des Untergrundes ausgeschlossen. Hinzu kommt, dass Bohrungen für tiefe Geothermie von spezialisierten Unternehmen vorgenommen werden. Sie unterliegen einem aufwendigen Genehmigungsverfahren, einer bergrechtlichen Überwachung und einer Vielzahl von Auflagen, die sicherstellen, dass zu jedem Zeitpunkt das Grundwasser sowie Mensch und Umwelt geschützt sind.

Vor der Planung der Messlinien werden weitreichende Informationen über Gebäude und bestehende Leitungen eingeholt. Während der Messungen hält der Messtrupp einen ausreichenden Sicherheitsabstand zu Gebäuden ein. Mit Bodenschwingmessungen wird zudem sichergestellt, dass die Vibrationen in keinem Moment so stark sind, dass sie für Gebäude kritische Grenzwerte erreichen würden.

Die zur Messung eingesetzten Fahrzeuge im Münsterland hatten ein Gewicht von 27 Tonnen, entsprechend einem größeren LKW, und sind für den Straßenverkehr zugelassen. Auch Feldwege und Forststraßen können ohne Beschädigungen von ihnen befahren werden. Für die Messungen im Rheinland kommen etwas kleinere Fahrzeuge mit einem Gewicht von 20 Tonnen zum Einsatz.

Permitter sind unsere Kontaktpersonen vor Ort. Sie holen Erlaubnisse und Genehmigungen ein, damit die Vibrationsfahrzeuge Wege und Straßen befahren dürfen. Darüber hinaus nehmen sie (auch nach Abschluss der Messungen) mögliche Schadensmeldungen entgegen und leiten sie weiter. Sie erreichen die Permitter unter:

Oliver Noiron: 0160 / 8884689, Oliver.Noiron [at] dmt-group.com

Falls durch die seismischen Messungen ein Schaden entstanden sein sollte, können Sie diesen bei den Permittern melden, die die Schäden aufnehmen und weiterleiten. Unabhängige Gutachter prüfen die Schadensmeldung, bevor die Kosten beglichen werden.

Kontaktdaten der Permitter:

Oliver Noiron: 0160 / 8884689, Oliver.Noiron [at] dmt-group.com

Die aufwendige Auswertung der Daten wird direkt im Anschluss an die Messungen beginnen und dauert in etwa 12 Monate. Nach Analyse der Daten wird ein 2D-Modell entwickelt. Die Ergebnisse der Seismik-Kampagne Münsterland wurden voraussichtlich im 4. Quartal 2022 der Öffentlichkeit vorgestellt. Bis die Daten aus dem Rheinland analysiert sind, wird es ein weiteres Jahr dauern, so dass sie im 4. Quartal 2023 zu erwarten sind.

Die Funktionsweise der seismischen Messungen ist bei der 3D-Seismik die gleiche wie bei der 2D-Seismik.

Der Unterschied liegt in der Orientierung der Seismiklinien. Bei der 2D-Seismik werden die Geophone entlang einer Linie ausgelegt. Die seismischen Messungen finden also nur in eine Richtung (Länge) statt. Das resultierende Untergrundbild ist zweidimensional (Länge und Tiefe) und gibt einen ersten Überblick über die Tiefenlage und Mächtigkeiten der Gesteinsschichten.

Bei der 3D-Seismik werden die Geophone im Quadrat oder im Rechteck ausgelegt. Die seismischen Messungen finden entlang von Seismiklinien statt, die in die Länge und in die Breite orientiert sind. Das Ergebnis ist ein dreidimensionales Untergrundmodell (Länge, Breite und Tiefe), das den Untergrund sehr viel detaillierter abbildet als das Untergrundbild der 2D-Seismik.

Aus dem Erdkern strömt ständig Wärme zur Oberfläche. Pro Tag strahlt die Erde etwa viermal mehr Energie ab, als wir Menschen verbrauchen. 30 Prozent des an die Oberfläche steigenden Energiestroms stammen aus dem heißen Erdkern, 70 Prozent entstehen durch den ständigen Zerfall natürlicher radioaktiver Elemente in Erdmantel und Erdkruste.

Die gespeicherte Wärmeenergie wird Erdwärme oder Geothermie genannt. Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, desto wärmer wird es. Im Durchschnitt nimmt in Mitteleuropa die Temperatur um etwa 3 bis 4 Grad Celsius pro 100 Meter Tiefe zu – in vulkanischen Regionen auch deutlich mehr. Schätzungen zufolge herrschen im Erdkern Temperaturen von etwa 5.000 bis 7.000 Grad Celsius. Nach menschlichen Maßstäben ist die in der Erde gespeicherte Wärme unerschöpflich.

Um die Wärme aus der Tiefe nutzen zu können, werden Bohrungen bis in wasserführende Schichten niedergebracht. Über eine (oder mehrere) Produktionsbohrungen wird das heiße Tiefenwasser an die Erdoberfläche gefördert. Dort wird dem Tiefenwasser seine Energie über einen Wärmetauscher entnommen und an ein Fernwärmenetz oder auch an eine Stromerzeugungsanlage abgegeben. Eine Rückführungsbohrung (oder Injektionsbohrung) bringt das abgekühlte Wasser wieder in die Tiefe zurück.

Unter Atmosphärenbedingungen sind Kalksteine dem Einfluss von Oberflächenwässern, wie beispielsweise Regen, ausgesetzt. Regen nimmt durch die Zirkulation in der Bodenzone Kohlendioxid auf, das mit dem Wasser zu Kohlensäure reagiert. Trifft das kohlensäurehaltige Wasser auf Kalkstein, löst es das Kalziumkarbonat (CaCO3) auf und nimmt das Kalzium (Ca) und das Karbonat (CO3) auf. Dieser Lösungsprozess wird auch als Verkarstung bezeichnet. Die Verkarstung kann im kleinen Maßstab den Hohlraumanteil im Kalkstein erhöhen und im großen Maßstab zur Ausbildung ausgedehnter Höhlen führen.

Die Verkarstung ist für die Geothermie bedeutend, weil in den Hohlräumen verkarsteter Kalksteine im tiefen Untergrund heiße Tiefenwässer zirkulieren können, die zur Wärmegewinnung nutzbar sind.

Ein gutes Beispiel für Verkarstung ist das „Windloch“ bei Engelskirchen im Bergischen Land. Die größte Höhle von Nordrhein-Westfalen ist rund 8.000 Meter lang und liegt innerhalb einer devonischen Kalksteinformation. Das ZDF hat in der Reihe „Terra X Faszination Erde“ eine Sendung mit Dirk Steffens über die Windloch-Höhle ausgestrahlt. Der Titel lautet: Im Sog der Unterwelt.

Man kann von einer Betriebsdauer von mindestens 50 Jahren ausgehen. Die älteste deutsche Anlage in Waren an der Müritz ging 1994 in Betrieb. Im italienischen Lardarello befindet sich eine der weltweit ältesten Geothermieanlagen, die schon seit 100 (!) Jahren betrieben wird.

2017 erstellte das Umweltbundesamt (UBA) eine Lebenszyklusanalyse verschiedener Stromerzeugungsarten, bei der die Tiefengeothermie hervorragend abschnitt. Nach sieben bis zehn Monaten hat sich der energetische Aufwand für die Erstellung der Anlage bereits amortisiert. Die Bilanz rechnete sämtlichen Input während Konstruktion, Betrieb und Dekonstruktion mit ein. Dabei schlugen sowohl die Materialien für die Erstellung der Anlagen als auch die benötigte Energie für Bau, Transport und Betrieb zu Buche. Bei Geothermieanlagen sind vor allem die Bohrungen energieintensiv. Der Bau von Heizzentrale und Kraftwerk ist materialaufwändig. Ebenso kalkulierten die Wissenschaftler:innen den Brennstoffbedarf – bei der Geothermie ist dieser gleich Null. Es wird lediglich Strom für den Betrieb der Pumpe benötigt.

In Deutschland sind 42 Geothermieanlagen in Betrieb. Davon stehen die meisten in Bayern – 25 Anlagen erzeugen hier Wärme und teilweise auch Strom.